DE1948680A1 - Hochdruck-Kolbenpumpe - Google Patents

Description

.. 1948680 Dipl.-lng. H. Sauerland ■ Dr.-Ing. R. König Patentanwälte ■ 4doo Düseeldonf · Cecilienallee 7B -Telefon 43273s

Unsere Akte: 25 286 25. September 1969

Il/Fuo

Kabushiki Kaisha Maruyama Seisakusho 4-15, Uchi-Kanda 3-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

"Hochdruck-Kolbenpumpe"

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kolbenpumpe mit einem eine Pumpenkammer mit einer Ein- und einer Auslaßöffnung aufweisenden Gehäuse und mit einem in der Pumpenkammer hin- und herbewegbaren Pumpenkolben, die insbesondere zum Pumpen von Flüssigkeiten unter hohen und höchsten Drücken bestimmt ist_e

Beim Pumpen von Flüssigkeiten unter hohen Drücken können bereits bei geringfügigen Hindernissen in den Druckleitungen Druckspitzen auftreten, die zu einer Beschädigung der verwendeten Hochdruckpumpen führen« Dies muß jedoch unbedingt vermieden werden, und zwar insbesondere wenn es sich um Druckflüssigkeitsanlagen handelt, bei denen ein Versagen der Druckpumpe beträchtliche Schäden zur Folge haben können,, ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck Kolbenpumpe zu schaffen, die in der Lage ist, auch die beim Pumpen von Flüssigkeit unter hohem Druck auftretenden höchsten Druckspitzen ohne Beschädigung ihrer Bauteile aufzunehmen.

0098 U/147S

Diese Aufgabe findet ihre Lösung gemäß der Erfindung im wesentlichen durch einen an* die Auslaßöffnung der Pumpenkammer angeschlossenen Pufferzylinder mit einer gegenüber der Pumpenauslaßöffnung in ständiger Strömungsverbindung angeordneten Ausströmöffnung und mit einem in dem Pufferzylinder gegen den Druck einer Feder bewegbaren Schwingungs-Stoßdämpferkolben, der in der Lage ist, die beim Betrieb der Pumpe und beim Durchfluß der Pumpflüssigkeit an der Ausströmöffnung auftretenden Druckspitzen auszugleichen oder zu glätten. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Stoßdämpferkolben einen normalerweise durch ein federbelastetes Sicher·= heitsventil verschlossenen Strömungsdurchlaß auf, der hinter dem Sicherheitsventil mit dem Einlaß zur Pumpenkammer in Strömungsverbindung steht und beim Auftreten von Druckspitzen beträchtlicher Größe einen Flüssigkeitsaustritt aus dem Pufferzylinder und zurück zum Pumpeneinlaß zuläßt₉ Die Pumpe ist ferner gekennzeichnet durch ein an der Auslaßöffnung der Pumpenkammer angeordnetes Rückschlagventil und durch einen an die Pumpenkammer über eine die Pumpflüssigkeit in beiden Richtungen durchlassende Durchflußöffnung direkt angeschlossenen Volumenänderungs- oder -ausdehnungszylinder, in welchem ein Ausweichkolben gegen den Druck einer Feder verlagerbar ist, die nur bei solchen Pumpendrücken nachgibt, wie sie bei einer bedeutenden Durchflußdrosselung oder -Verengung am Auslaß des Rückschlagventils der Pumpen-

kammer auftreten, und eine solche Bewegung des Ausgleichkolbens zuläßt, daß dadurch Druckspitzen mittlerer Größe in der Pumpflüssigkeit aufgenommen werden.

Die Hochdruck-Kolbenpumpe gemäß der Erfindung wird üblicherweise durch einen Drehantrieb, wie eine Brenn-

00 9 8.1A/U7S

kraftmaschine oder einen Elektromotor, und einen geeigneten Kurbeltrieb angetriebene Beim Betrieb der Pumpe wird am Auslaß der Pumpenkammer ein sich ändernder Druck erzeugt, wobei der erfindungsgemäß in einer Pufferkammer angeordnete Schwingungs-Stoßdämpfer- oder Druckaufnahmekolben dazu dient, das Pulsieren des Druckes an der Auslaßöffnung der'Pumpenanordnungzu beheben bzw. zu vermeiden. Das an dem Stoßdämpferkolben angeordnete Sicherheitsventil öffnet sich in Abhängig- g

keit von Druckspitzen beträchtlicher Größe, damit die gepumpte Flüssigkeit auch beim Auftreten von Strömungs*- hindernissen weiterströmen kann und* dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Bauteile der Pumpe und des Auslaßventils so gering wie nur irgend möglich gemacht wird. Die Flüssigkeit wird in einem solchen Falle vom Sicherheitsventil zum Pumpeneinlaß zurückgeführt.

Der direkt an die Pumpenkammer angeschlossene Volumenänderungs- oder -Ausdehnungszylinder enthält einen geschlossenen Kolben, der durch eine starke Feder an einer Ausweichbewegung gehindert wird und daher während j des Pumpenbetriebes normalerweise im wesentlichen stationär bleiben wird. Tritt jedoch eine bedeutende Durchflußdrosselung ein und werden dadurch Druckspitzen mittlerer Größe in der Pumpenkammer erzeugt, so werden diese Druckspitzen dadurch beseitigt oder geglättet, daß die Pumpflüssigkeit in die Volumenänderungskammer strömt und den darin angeordneten Ausweichkolben gegen den Druck der ihn belastenden Feder verlagert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung

0098 U/UTS

eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels „ In der Zeichnung zeigen?

Fig. 1 einen Schnitt durch die Pumpe und durch die Drucksteuer- und die SchwingUngsstoßdämpfungseinrichtung,

Fig, 2 einen Schnitt ähnlich Fig. 1, wobei bestimmte Bauteile nach Ansprechen auf Druckspitzen mittlerer Größe, wie sie sich beim Auftreten einer bedeutenden Verengung oder Drosselung am Pumpenauslaß ergeben, aus ihrer'Stellung gemäß Fig_e 1 verlagert sind,

Fig. 3 einen weiteren Schnitt ähnlich Fig. 1, bei der jedoch bestimmte Bauteile der Pumpe eine zusätzliche Bewegung in Abhängigkeit von Drücken ausgeführt haben, wie sie als Folge einer Ausflußsperre am Pumpenauslaß auftreten, und

Fig. 4 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Auslaßdruck P und einer Ausflußmenge Q- von Pumpflüssigkeit zeigt.

Die in der Zeichnung gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe hat als geschlossene Baueinheit ein sämtliche arbeitenden Teile umschließendes gemeinsames Gehäuse» >

Vqn einer Einlaßöffnung 1 gelangt die Pumpflüssigkeit in das Ende der Pumpenkammer, durch das auch eine Kolbenstange 2 hindurchgeführt ist. Die verschiebbare Kolbenstange 2 ist an eine Antriebsquelle, etwa einen Elektromotor oder eine Brennkraftmaschine, angeschlossen und gleitet beim normalen Betrieb durch eine aus

0098147U75

der Zeichnung ersichtliche Stopfbüchse, Die Kolbenstange 2 trägt ein Ventilteil 3 und eine Haltescheibe 5 mit.einer Vielzahl von Öffnungen 4» Das Ventilteil 3 und die Scheibe 5 sind beide auf einem abgesetzten Teil der Kolbenstange 2 fest angebracht und werden nach Festspannen der Mutter am Ende der Kolbenstange durch eine zwischen ihnen angeordnete Mittelhülse in einem bestimmten gegenseitigen Abstand gehalten. Diese Anordnung bewegt sich mit der Kolbenstange 2 in einem die Pumpenkammer bildenden Zylinder 6 hin und her, und eine auf einem Ventilsitz oder Kolben 8 angebrachte Kolbenmanschette 7 gleitet an der Innenseite des Zylinders 6 entlang und zentriert sich dabei selbsttätig in dem Zylinder_β Der Ventilsitz oder Kolben 8 ist so konstruiert, daß er einen Flüssigkeitsstrom durch seinen Mittelteil hindurchtreten läßt, wenn sich das Ventilteil 3 während der Bewegung der Kolbenstange 2 nach links in Figo 1 im Abstand von dem Ventilsitz befindet oder von diesem abgehoben ist. Wird die Kolbenstange 2 anschließend nach rechts bewegt, so setzt sich das Ventilteil 3 wieder .auf den Ventilsitz, und die Pumpflüssigkeit wird unter beträchtlichem Druck gegen das rechte Ende der Pumpenkammer und zu einem Auslaßventilsitz 9 bewegt, gegen den ein die Pumpflüssigkeit nur in einer Richtung durchlassendes Rückschlagventil 11 durch eine Schraubenfeder 10 angedrückt wird.

Die Auslaßöffnung der Pumpenkammer mündet in eine Seite eines Pufferzylinders 12, von dem eine Ausströmöffnung 13 für die Pumpflüssigkeit nach unten etwas versetzt nach der gegenüberliegenden Seite ausgeht. Die beiden entgegengesetzten Enden des Pufferzylinders 12 sind durch Endkappen oder Endstopfen 14 und 15 verschlossen«,

009014/1475-

- 6 - ■'-.;■■

Ein in dem Pufferzylinder 12 verschiebbarer Sohwingungsstoßdämpferkolben 16 wird normalerweise in seine in Fig. 1 dargestellte unterste Stellung gedrückt» Der Stoßdämpferkolben 16 wird durch den Flüssigkeitsdruck im Zylinder 12 bewegt, und die Flüssigkeit kann durch Öffnungen 17 hindurchströmen, um einen Druck gegen das untere Ende des Stoßdämpferkolbens auszuüben» Eine Feder 18 drückt den Kolben normalerweise unter Einwirkung auf einen Halte- oder Stützring 19 abwärts, der die Öffnungen 17 enthält und die Verbindung zwischen dem unteren Ende der Feder mit dem Stoßdämpferkolben 16 bildet. Der Kolben 16 trägt eine Kolbendichtung oder Kolbenmanschette 20, welche die Flüssigkeit im Pufferzylinder 12 am Strömen längs dem äußeren Umfang des Kolbens 16 hinderte

Ein Sicherheitsventilsitz 21 mit einer Mittelöffnung ist in den Stoßdämpferkolben 16 eingesetzt» Die in dem Pufferzylinder 12 unter Druck stehende Flüssigkeit wird von Öffnungen 22 und einem Mitteldurchlaß 23 in dem Hauptschaft oder Hauptkörper des Kolbens 16 in die Mitte des Ventilsitzes 21 geführt. Ein Sicherheitsventil 24 wird normalerweise durch den Druck einer Feder 25 in. Anlage an den Dichtflächen des Ventilsitzes 21 gehalten. Beim Auftreten von Überdrücken im Pufferzylinder 12 wird das Sicherheitsventil 24 von dem Ventilsitz abgehoben, und Flüssigkeit wird durch Öffnungen 26 in einer auf das obere Ende des Stoßdämpferkolbens 16 aufgeschraubten Haltekappe 27 für die Feder 25 nach außen abgegeben.''

Ein weiterer Zylinder 29, der einen Teil des Pampengehäuses einnimmt, stellt einen Volumenänderungs— oder rausdehnungszylinder dar. Der Zylinder 29 ist durch einen Durchlaß oder eine öffnung direkt mit der Pumpen-

009814/1475

kammer verbunden und enthält einen sogenannten Ausweichkolben/ der einen Strom von Flüssigkeit nach außen durch den Zylinder 29 verhindert und normalerweise durch eine starke Feder 31 gegen das innere Ende des Volumenänderungszylinders 29 gedrückt wird, um einen Flüssigkeitsstrom in diesen Zylinder zu verhindern. Die Feder 31 wird durch eine abschraubbare Kappe 32 festgehalten. Beim Auftreten nennenswerter Drücke in der Pumpenkammer kann der Kolben 30 sich gegen die Federkraft der Feder 31 derart bewe- | gen, daß die Druckspitzen in der Pumpenkammer absorbiert werden» Die Bewegung des Kolbens 30 ist in Fig. 2 dargestellt, wobei es sich im wesentlichen um eine Teilbewegung des Kolbens handelt, wie sie sich bei Ansprechen ■· auf Druckspitzen mittlerer Größe ergibt. Es sei darauf hingewiesen, daß der von der Kappe 32 überspannte Teil des Pumpengehäuses einen Abschnitt eines Strömungsdurchlasses 33 bildet, durch den die Pumpflüssigkeit vom Sicherheitsventil 24 zum Einlaß 1 der Pumpenkammer zurückströmen kann.

Xn Fig« 2 ist die normale Bewegung des Stoßdämpferkolbens 16 gezeigt. Wenn beim Betrieb der Pumpe durch den j hin- und hergehenden Pumpenkolben an der Auslaßöffnung Druckstöße unter Zufuhr von Flüssigkeit in den Pufferzylinder 12 erzeugt werden, wird der Schwingungsstoßdämpferkolben 16 unter dem Einfluß des Druckstoßes nach oben und sodann durch die Feder 18 unmittelbar wieder nach außen bzw« unten zurückbewegt, so daß der Flüssigkeitsstrom und Flüssigkeitsdruck an der Ausströmöffnung 13 im wesentlichen konstant bleibt.

Tritt eine Verengung oder Drosselung in dem Flüssigkeitsstrom auswärts von der Ausströmöffnung 13 - bei-

.00 98 1 UJ 1475

spielsweise in einem daran angeschlossenen Schlauch auf, so sind die in der Pumpenkammer entwickelten Drücke wesentlich größer, da der die Kolbenstange 2 hin-und herbewegende Antriebsmotor mit der gleichen Drehzahl"' und mit dem gleichen Hub wie zuvor weiterarbeitet. Als Folge der Verengung oder Drosselung steigen die Drücke * an der Ausströmöffnung 13 und am Auslaßventil 11 an und der Kolben 30 wird gegen den Druck der Feder 31 aufwärtsbewegt und sodann, während die Kolbenstange 2 nach links zurückgeht, abwärtsbewegt, um die Flüssigkeit aus dem Zylinder 29 auszustoßen und diese Flüssigkeit hierauf von der Ausströmöffnung 13 weiter nach außen zu bewegen,, Obgleich die Gesamtdruckhöhe in dem System als Folge der Durchflußverengung oder -drosselung ansteigt, führen die hervorgerufenen Druckspitzen nicht zu einer Beschädigung der gesamten Einrichtung.

Tritt eine Strömungsunterbrechung oder möglicherweise eine Strömungsumkehr an der Ausströmöffnung 13 ein, so sind die in der Pumpenkammer entwickelten Drücke extrem hoch, und als Folge davon wird der Kolben 30 in seine höchste Stellung bewegt, wie in Fig. 3 gezeigt ist«, Wenn derart hohe Drücke entwickelt werden, strömt die Pumpflüssigkeit aufwärts durch den Mitteldurchlaß 23 im Kolben 16 und hebt das Sicherheitsventil 24 von seinem Ventilsitz ab, so daß ein Flüssigkeitsstrom nach außen durch den Strömungsdurchlaß 33 und in den Einlaß 1 möglich ist. Als Ergebnis dieses Rückstromes tritt eine Druckentlastung in der Pumpenkammer und dem Pufferzylinder 12 ein, so daß jede mögliche Beschädigung der Einrichtung und somit'auch jede Überlastung des sich drehenden Antriebsmotors vermieden wird.

09BU/ 1 475

— ο —

Mit der Erfindung ist somit eine neue Hochdruckpumpe mit Drucksteuer- und Schwingungsstoßdämpfer-Kolben geschaffen, durch die sonst erforderliche zusätzliche Drucksteuerventile oder innenliegende Kammern für einen einwandfreien Betrieb einer solchen Pumpe vermieden werden»

0098U/U75

Claims (2)

Ϊ9.-486 80- - ίο - Kabushiki Kaisha Maruyama Seisakusho 4-15, Uchi-Kanda 3-chome, Chiyoda-ku, Tokyo. Japan Patentansprüche:

1.) Hochdruck-Kolbenpumpe mit einem eine Pumpenkammer mit einer Ein- und einer Auslaßöffnung aufweisenden Gehäuse und mit einem in der Pumpenkammer hin- und herbewegbaren Pumpenkolben, g e kennzeichnet durch einen an die Auslaßöffnung der Pumpenkammer angeschlossenen Pufferzylinders (12) mit einer gegenüber der Pumpenauslaßöffnung in ständiger Strömungsverbindung angeordneten Ausströmöffnung'(13) und mit einem in dem Pufferzylinder (12) gegen den Druck einer Feder (18) bewegbaren Schwingungs-Stoßdämpferkolben (16).

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßdämpferkolben (16) einen normalerweise durch ein federbelastetes Sicherheitsventil (24) verschlossenen Strömungsdurchlaß (22, 23) hat.

Pumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Strömungsdurchlaß (22, 23) hinter dem Sicherheitsventil (24) mit dem Einlaß (1) zur Pumpenkammer in Strömungsverbindung steht.

4« Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e η η -■ zeichnet durch ein an der Auslaßöffnung der

0.0 98 U AU 75

Pumpenkammer angeordnetes Rückschlagventil (11) und durch einen an die Pumpenkammer über eine die Pumpflüssigkeit in beiden Richtungen durchlassende Durchflußöffnung direkt angeschlossenen Volumenänderungsoder -ausdehnungszylinder (29). '

5· Pumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen in dem Volumenänderungs- oder -ausdehnungszylinder (29) gegen den Druck einer bei mittle- ä ren Druckänderungen in der Pumpenkammer nachgebenden Feder (31) bewegbaren Ausweichkolben (30).

00 9ε 14·/ "U7,5

Le e rs e i t e